北半球冬季阻塞过程的数值模拟及控制性试验

本文采用一个低分辨率的准地转两层谱模式,考虑了实际的地形及加热场分布的强迫作用,对北半球冬季阻塞过程进行数值模拟。模拟结果较好地说明了大西洋及乌拉尔地区一次阻塞过程的具休特点。在此基础上又进行了一系列控制性试验,以探讨纬向不对称热力强迫及地形强迫在阻塞过程中各自所起的作用,以及强迫源强度对阻塞位置、强度、维持时间的制约作用。     

阻塞动力机制中两个本质性的物理因子

本文采用一个准地转两层低分辨率谱模式进行了阻塞过程的数值试验,并用控制性试验着重探讨了纬向不对称热力强迫及平流非线性这两个物理因子在阻塞演变过程中各自的作用.试验结果表明,单独由其中一个因子的作用不能产生稳定维持的阻塞形势,只有在两者共同作用下才有可能形成.阻塞就是在这两种作用共同控制下的一类特殊的超长波平衡态.试验证实了以上两个因子确是阻塞机制中缺一不可的、本质性的物理因素.     

1991年江淮梅雨期一个阻塞个例的Lagrange诊断分析

利用等熵面轨迹法,对1991年江淮梅雨期7月1日至7日的阻塞过程持续异常进行了诊断分析.等熵面位涡的分析表明,阻塞的维持与演变与等熵面上其高低压中心所对应的负正位涡中心的变化相一致.等熵面上等位涡线的轨迹积分表明,阻塞的形成、维持及衰减,对应着物质线裹卷的形成、维持(或加深)及不可逆形变和高低位涡的输送及积累的变化.同时发现,阻塞附近位涡系统的移动、演变和阻塞上游分流区位涡系统形变引起的瞬变涡度源的强迫作用,对阻塞的形成也有一定的作用.     

北太平洋中部阻塞高压形成的若干问题

本文对Lorenz二层准地转β平面低谱湿模式作了改进,并用改进的模式实施了五组积分时间大于75个模式日的试验。模式含有:辐射、感热、水汽相变、水份循环、垂直稳定度的变化、垂直内摩擦、地面摩擦、地形、陆面热量平衡及海陆差异。试验结果表明:地形强迫下基波与谐波的非线性作用以及包括湿过程在内的流场与加热场的非线性调整,与北太平洋阻塞高压的形成,之间存在着密切的联系。模拟出来的北太平洋中部阻塞高压,与Charney和Straus提出的阻塞高压平衡态相比更加接近于实际大气的阻塞现象。     

变形的经向环流变化方程及其在诊断阻塞高压形成中的应用

本文推导出可以用来讨论大尺度扰动强迫对平均经圈环流作用的变形平均经圈环流变化方程，并利用此方程对北半球冬季4次阻塞高压的形成进行了诊断分析。分析结果表明:由于波动对经圈环流的强迫作用，使高压脊的西部南风加强，而东部北风加强，从而有利于阻塞高压的形成。文中还分别分析了瞬变波及其低频瞬变波部分在阻塞高压形成中对经圈环流的强迫作用，并讨论了低频瞬变波强迫在太平洋和大西洋地区阻塞高压形成的地域差别。     

东亚地区夏季阻塞过程的研究进展

阻塞过程是一种大尺度的大气环流持续性异常现象 ,它一旦出现会造成大范围的天气和气候异常。对阻塞过程的定义多种多样 ,有根据阻塞的气候特征进行定义的 ,也有根据阻塞的天气特征进行定义的 ,研究时根据不同的情况应选择不同的定义。人们用平衡态理论、外源强迫下的共振理论、非线性孤立波理论、斜压性及波流相互作用等理论对阻塞过程进行了研究 ,得到了许多有意义的研究结果。东亚夏季的阻塞过程对中国的天气气候有重要影响 ,东北地区的夏季低温、华北地区的干旱、长江中下游和江淮地区的梅雨和洪涝灾害等都与东亚阻塞过程有关。人们对东亚夏季的阻塞过程形成原因的研究很多 ,发现乌拉尔山阻塞高压崩溃后 ,Rossby波的传播、青藏高原及其附近地区暖湿空气的传输和赤道西太平洋海温异常激发的遥相关波列等对东亚夏季阻塞过程的形成有重要影响     

关于西风急流在强迫扰动中作用的数值试验

本文利用非线性水波方程谱模式模拟了不同基本气流对低纬和中纬地区涡源扰动的强迫响应，进而讨论西风急流在大尺度流场强迫扰动中的作用。试验分析表明，中纬度西风急流对来自低纬的扰动波列有增哟的阻 阻滞的作用，并能影响强迫扰动的波数和路径。在存在西风急流的情况下，基本气流对低纬扰源的响应比对中纬扰源的响应要强得多。     

印度洋海温异常对中高纬大气低频振荡影响的数值试验

用数值试验的方法,应用强迫耗散准地转正压涡度方程的全球谱模式,在方程中考虑了偶（单）极子的热力强迫作用,并在三个行星波准共振的条件下,模式共积分90d,得到：在偶、单极强迫热源和基本气流强度的共同作用下,三个行星波之间存在很强的波．波相互作用,且波动振荡呈现准双周和季节内振荡。同时偶、单极强迫源及基本气流的强度变化对中高纬大气的低频振荡调制作用不同。在准共振三波流函数场随时间变化的试验结果中,进一步证实了中高纬大气存在较好的低频振荡。     

阻塞动力学研究进展与展望

简介了大气阻塞动力学在多平衡态理论和外源强迫的共振理论、孤立子及偶极子理论、强迫耗散ＫＤＶ动力学以及天气扰动的激发等几方面理论研究的进展。并对阻塞动力学的研究进行了展望。     

地形与热力共同作用下超长波的非线性平衡态与阻塞形势

本文采用高截断的谱分解方法,得到了在地形及热力和地形共同强迫作用下超长波的非线性平衡态解,并讨论了其稳定性。理论模式所得到的阻塞型平衡态在流场型式、高压位置及稳定性等方面反映了实际阻塞形势的主要特点。由于平衡态是解析地求得的,还引申出一些有关阻塞动力机制的讨论。     

Numerical experiments on dynamic mechanism of blocking

By using a two-level quasi-geostrophic spectral model, the numerical experiments on blocking process affected by thermal forcing are conducted. The dynamic mechanisms of blocking, including the resonance between wave and forcing, the control effects of thermal forcing on the position and intensity of the highs and the instabilities of two kinds of equilibrium states are studied by controlled experiments.     

初夏环流与梅雨成因的探讨

着眼于东亚海陆热力强迫差异的影响,探讨了东亚初夏环流与江淮梅雨成因,结果表明：江淮流域夏季降水与前期地面气温的东亚纬向海陆热力差异相关;江淮流域初夏降水量与同期北半球５００ｈＰａ位势高度场的高相关区对应于入梅期“双阻”型环流系统,且最高相关系统为副热带高压。数值试验表明,东亚海陆热力强迫的差异与夏季风,梅雨阻塞系统的形成密切相关。研究结果提示了梅雨初期环流特征形成的机理与热力结构因素。     

局地热力强迫与准定常大振幅扰动的形成

文中导得了包括热力强迫和耗散的非线性强迫ＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,并作了数值求解。计算结果表明,热力强迫和耗散是孤波质量和能量变化的主要原因,耗散使孤波质量能量随时间指数衰减;热力强迫与地形一样,都能在强迫区产生定常孤波,但前者产生的上游扰动振幅更大,而后者产生的下游扰动更为明显;加热和地形一样都能使孤波发生位相漂移,减小其移速,阻挡孤波的移动,从而增加与孤波的相互作用时间;适当大小的耗散与热力强迫的组合迫使移动性孤波在强迫区附近来回振荡,大大增加与热力强迫的相互作用时间;在耗散与热力强迫同时存在的非线性系统中,移动性孤波与热力强迫的相互作用可能是产生阻塞等长生命周期的局地准定常系统的重要因子。     

Impact of land–sea thermal contrast on interdecadal variation in circulation and blocking

The impact of asymmetric thermal forcing associated with land–sea distribution on interdecadal variation in large-scale circulation and blocking was investigated using observations and the coupled model intercomparison project outputs. A land–sea index (LSI) was defined to measure asymmetric zonal thermal forcing; the index changed from a negative to a positive anomaly in the 1980s. In the positive phase of the LSI, the 500 hPa geopotential height decreased in the polar regions and increased in the mid-latitudes. The tropospheric planetary wave activity also became weaker and exerted less easterly forcing on the westerly wind. These circulation changes were favorable for westerly wind acceleration and reduced blocking. In the Atlantic, the duration of blocking decreased by 38 % during the positive LSI phase compared with that during the negative phase; in Europe, the number of blocking persisting for longer than 10 days during the positive LSI phase was only half of the number during the negative phase. The observed surface air temperature anomaly followed a distinctive “cold ocean/warm land” (COWL) pattern, which provided an environment that reduced, or destroyed, the resonance forcing of topography and was unfavorable for the development and persistence of blocking. In turn, the responses of the westerly and blocking could further enhance continental warming, which would strengthen the “cold ocean/warm land” pattern. This positive feedback amplified regional warming in the context of overall global warming.     

Equilibrium states of planetary waves forced by topography and perturbation heating and blocking situation

By using a two-level, highly truncated spectral model,the equilibrium states of ultra-long waves induced by topographic and thermal forcing are obtained, and the instabilities of the states are studied. It is found that there exist some stable equilibrium states possessing typical characteristics of blocking situation. Some inferences about the dynamic mechanism of blocking phenomenon are deduced since the solutions are analytically obtained.     

澳洲大陆热力强迫对南北半球环流异常的影响效应

本文采用OSU-AGCM动力框架加入牛顿加热项构成的简化大气环流模式,研究澳洲大陆热力强迫与南北半球环流异常的相关关系。本文对不同平衡温度模拟结果的差异(偏差场)进行了分析,探讨某局地热力强迫对全球其它区域环流异常的影响效应.数值试验结果表明,南北半球海陆热力结构有利于两半球行星尺度经向环流的加强及其低纬跨赤道气流的形成:南半球澳洲大陆热力强迫可以通过东、西风带侧向藕合效应,显著地影响北半球中纬西风带急流状况;二维Rossby波能量频散径向传播可能足澳洲热力强迫与北半球常定环流系统的异常变化相关现象的重要成因,且澳洲大陆强迫产生的径向波列路经与PNA、EU型相似.     

热带气旋移动的数值模拟和临界点现象

用一个带有热力强迫和耗散项的准地转正压模式,实施了16组积分时间大于7d的数值试验,研究了在环境流场和环境加热场共同作用下,热带气旋的移动路径问题。结果表明,随着环境流场参数、环境加热场参数和热带气旋尺度参数取值的不同,在模式大气中,清楚地复制出逆时针打转、蛇行摆动、向西移行和突然北折等截然不同的运动形态,并显示出具有非线性特色的临界点现象。     

New evidences on the climatic causes of the formation of the spring persistent rains over southeastern China

The spring persistent rains (SPR) over southeastern China (SEC) are a unique synoptic and climatic phenomenon in East Asia. A former study has found that the southwesterly flow which lies on the southeastern flank of the Tibetan Plateau (TP) is one of the deflected westerly flows of the TP, and it is suggested to be the direct climatic cause of SPR. This study found that the southwesterly flow is also highly correlated with the sensible heating of the southeastern TP in interannual variability, in addition to having a high correlation in seasonal variability. These facts suggest that the thermal forcing of the TP is another important climatic cause of SPR. Numerical sensitivity experiments further prove that the mechanical and thermal forcings of the TP are the climatic causes of the formation of the SPR. On the other hand, the Nanling Mountains and Wuyi Mountains (NWM) over southeastern China not only increase the SPR precipitation amount evidently, but also make the SPR rain belt move to the south by blocking the strong southwesterly flow.     

1998年夏第二阶段梅雨期乌拉尔山阻塞形势的维持

１９９８年夏季长江流域发生了近５０年来最严重的洪水。洪水形成最直接、最主要的原因是梅雨异常。异常梅雨的形成与东亚夏季风偏弱及热带外环流持续异常有关，其中一个明显特征是乌拉尔山地区长时间维持阻塞形势。本文结合诊断分析和数值试验，从瞬变对基本流的强迫（大气内部强迫）及热带热源强迫（外源强迫）两方面，分析了与第二段梅雨相对应的乌拉尔长时间阻塞的维持机制。利用共轭敏感性分析方法，计算了最有利于乌拉尔阻塞发展和维持的敏感扰动，发现扰动的分布位置，刚好与观测到的，从东大西洋到欧洲区域的异常增强的瞬变活动区相重叠。Ｅ矢量及斜压线性静止波模式的诊断进一步表明，异常期间的增强瞬变活动有利于乌拉尔出现正高度异常。计算了持续异常期间的高空急流及大气加热场，发现北美到大西洋的高空急流及热带加热都出现明显异常。中期天气预报模式 ＩＡＰ Ｔ４２Ｌ９的集合预报试验表明，热带地区的加热异常，尤其是热带中西太平洋和大西洋的加热异常，有利于乌拉尔正高度异常的形成。最后，提出了一种热带异常热源驱动下，瞬变波与定常波双向相互作用的阻塞形成与自维持的可能机制。